Конструкция трансформатора – Устройство трансформатора зависит от его предназначения и режима работы

Основные части конструкции трансформатора — Трансформаторы





В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между тремя различными базовыми концепциями:

  • Стержневой (рис1)
  • Броневой (рис2)
  • Тороидальный

Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики
или эксплуатационную надёжность трансформатора, но имеются существенные
различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает
концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения
изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме
производства.

В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе сердечник,
сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на
активный компонент (т.e. сердечник с обмотками) стержневого типа,
обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы
сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В
конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть
обмоток.

Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как
правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой
конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной.

Основными частями конструкции трансформатора являются:

  • магнитная система (магнитопровод)
  • обмотки
  • система охлаждение

Магнитная система (магнитопровод) трансформатора —
комплект элементов (чаще всего пластин) электротехнической стали или
другого ферромагнитного материала, собранных в определённой
геометрической форме, предназначенный для локализации в нём основного
магнитного поля трансформатора. Магнитная система в полностью собранном
виде совместно со всеми узлами и деталями, служащими для скрепления
отдельных частей в единую конструкцию, называется остовом трансформатора.

Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называется — стержень

Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи, называется — ярмо

В зависимости от пространственного расположения стержней, выделяют:

  1. Плоская магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости
  2. Пространственная магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси стержней или ярм, или стержней и ярм расположены в разных плоскостях
  3. Симметричная магнитная система — магнитная система, в которой
    все стержни имеют одинаковую форму, конструкцию и размеры, а взаимное
    расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для
    всех стержней
  4. Несимметричная магнитная система — магнитная система, в
    которой отдельные стержни могут отличаться от других стержней по форме,
    конструкции или размерам или взаимное расположение какого-либо стержня
    по отношению к другим стержням или ярмам может отличаться от
    расположения любого другого стержня

Обмотки

Основным элементом обмотки является виток — электрический
проводник, или ряд параллельно соединённых таких проводников
(многопроволочная жила), однократно обхватывающий часть магнитной
системы трансформатора, электрический ток которого совместно с токами
других таких проводников и других частей трансформатора создаёт
магнитное поле трансформатора и в котором под действием этого магнитного
поля наводится электродвижущая сила.

Обмотка — совокупность витков, образующих электрическую цепь, в
которой суммируются ЭДС, наведённые в витках. В трёхфазном
трансформаторе под обмоткой обычно подразумевают совокупность обмоток
одного напряжения трёх фаз, соединяемых между собой.

Проводник обмотки в силовых трансформаторах обычно имеет квадратную
форму для наиболее эффективного использования имеющегося пространства
(для увеличения коэффициента заполнения в окне сердечника). При
увеличении площади проводника проводник может быть разделён на два и
более параллельных проводящих элементов с целью снижения потерь на
вихревые токи в обмотке и облегчения функционирования обмотки.
Проводящий элемент квадратной формы называется жилой.


рис. Транспонированный кабель применяемый в обмотке трансформатора

Каждая жила изолируется при помощи либо бумажной обмотки, либо
эмалевого лака. Две отдельно изолированных и параллельно соединённых
жилы иногда могут иметь общую бумажную изоляцию. Две таких изолированных
жилы в общей бумажной изоляции называются кабелем.

Особым видом проводника обмотки является непрерывно транспонированный
кабель. Этот кабель состоит из жил, изолированных при помощи двух слоёв
эмалевого лака, расположенных в осевом положении друг к другу, как
показано на рисунке. Непрерывно транспонированный кабель получается
путём перемещения внешней жилы одного слоя к следующему слою с
постоянным шагом и применения общей внешней изоляции.

Бумажная обмотка кабеля выполнена из тонких (несколько десятков
микрометров) бумажных полос шириной несколько сантиметров, намотанных
вокруг жилы. Бумага заворачивается в несколько слоёв для получения
требуемой общей толщины.

Обмотки разделяют по:

  1. Назначению
    • Основные — обмотки трансформатора, к которым подводится
      энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного
      переменного тока.
    • Регулирующие — при невысоком токе обмотки и не слишком
      широком диапазоне регулирования, в обмотке могут быть предусмотрены
      отводы для регулирования коэффициента трансформации напряжения.
    • Вспомогательные — обмотки, предназначенные, например, для
      питания сети собственных нужд с мощностью существенно меньшей, чем
      номинальная мощность трансформатора, для компенсации третей
      гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы
      постоянным током, и т. п.
  2. Исполнению
    • Рядовая обмотка — витки обмотки располагаются в осевом
      направлении во всей длине обмотки. Последующие витки наматываются плотно
      друг к другу, не оставляя промежуточного пространства.
    • Винтовая обмотка — винтовая обмотка может представлять собой
      вариант многослойной обмотки с расстояниями между каждым витком или
      заходом обмотки.
    • Дисковая обмотка — дисковая обмотка состоит из ряда дисков,
      соединённых последовательно. В каждом диске витки наматываются в
      радиальном направлении в виде спирали по направлению внутрь и наружу на
      соседних дисках.
    • Фольговая обмотка — фольговые обмотки выполняются из широкого
      медного или алюминиевого листа толщиной от десятых долей миллиметра до
      нескольких миллиметров.

Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов

Существуют три основных способа соединения фазовых обмоток каждой стороны трёхфазного трансформатора:

  • Y-соединение, так называемой соединение звездой, где все три обмотки
    соединены вместе одним концом каждой из обмоток в одной точке,
    называемой нейтральной точкой или звездой
  • Δ-соединение, так называемое дельта-соединение, или соединение
    треугольником, где три фазных обмотки соединены последовательно и
    образуют кольцо (или треугольник)
  • Z-соединение, так называемое соединение зигзагом

Первичная и вторичная стороны трансформатора могут быть соединены
любым из трёх способов, показанным выше. Данные способы предлагают
несколько различных комбинаций соединений в трансформаторах с различными
характеристиками, выбор которых также может быть обусловлен типом
сердечника.

Y-соединение обычно является естественным выбором для самых высоких
напряжений, когда нейтральная точка предназначена для зарядки. В любом
случае в целях защиты от перенапряжения или для прямого заземления
предусмотрено наличие нейтрального проходного изолятора. В последнем
случае в целях экономии уровень изоляции нейтрали может быть ниже, чем
уровень изоляции фазного конца обмотки. Соединённая звездой обмотка
также имеет то преимущество, что переключение регулирования коэффициента
трансформации может быть предусмотрено на нейтральном конце, где также
может быть размещён переключатель числа витков. Поэтому переключатель
числа витков сможет функционировать при напряжении низкого логического
уровня, а разница напряжений между фазами также будет незначительная. По
сравнению с расходами, затраченными на установку переключателя числа
витков, при более высоком уровне напряжения экономические затраты будут
ниже.

Соединение звездой используется на одной стороне трансформатора,
другая сторона должна быть соединена треугольником, особенно в случаях,
если нейтраль соединения звездой планируется для зарядки. Соединение
обмотки треугольником обеспечивает баланс ампер-виток для тока нулевой
последовательности, следующего по нейтрали, и каждой фазы соединения
звездой, что даёт приемлемый уровень полного сопротивления нулевой
последовательности. Без соединения треугольником обмотки ток нулевой
последовательности привёл бы к образованию поля токов нулевой
последовательности в сердечнике. Если сердечник имеет три стержня,
данное поле от ярма к ярму проникнет сквозь стенки бака и приведёт к
выделению тепла. В случае с броневым сердечником, или при наличии пяти
стержней сердечника, данное поле проникнет между раскрученными боковыми
стержнями и полное сопротивление нулевой последовательности существенно
повысится. Вследствие этого ток, в случае пробоя на землю может стать
настолько слабым, что защитное реле не сработает.

В соединенной треугольником обмотке ток, протекающий по каждой фазовой обмотке равен фазному току, разделённому на ,
в то время как в соединении звездой, линейный ток каждой фазной обмотки
идентичен линейному току сети. С другой стороны, для одинакового
напряжения соединение треугольником требует наличия трёхкратного
количества витков по сравнению с соединением звездой. Соединение обмотки
треугольником выгодно использовать в высоковольтных трансформаторах,
когда сила тока высока, а напряжение относительно низкое, как например, в
обмотке низшего напряжения в повышающих трансформаторах.

Соединение обмотки треугольником позволяет циркулировать третьей (и
кратным ей) гармонике тока внутри треугольника, образованного тремя
последовательно соединёнными фазными обмотками. Токи третьей гармоники
необходимы во избежание искажения синусоидальности потока магнитных, и,
следовательно, наведённой ЭДС во вторичной обмотке. Третья гармоника
тока во всех трёх фазах имеет одинаковое направление, данные токи не
могут циркулировать в обмотке, соединённой звездой, с изолированной
нейтралью.

Недостаток троичных синусоидальных токов в намагничивающем токе может
привести к значительным искажениям наведённого напряжения, в случаях,
если у сердечника 5 стержней, или он исполнен в броневом варианте.
Соединённая треугольником обмотка трансформатора устранит данное
нарушение, так как обмотка с соединением треугольником обеспечит
затухание гармонических токов. Иногда в трансформаторах предусмотрено
наличие третичной Δ-соединённой обмотки, предусмотренной не для зарядки,
а для предотвращения искажения напряжения и понижения полного
сопротивления нулевой последовательности. Такие обмотки называются
компенсационными. Распределительные трансформаторы, предназначенные для
зарядки, между фазой и нейтралью на стороне первого контура, снабжены
обычно соединённой треугольником обмоткой. Однако ток в соединённой
треугольником обмотке может быть очень слабым для достижения минимума
номинальной мощности, а требуемый размер проводника обмотки чрезвычайно
неудобен для заводского изготовления. В подобных случаях высоковольтная
обмотка может быть соединена звездой, а вторичная обмотка —
зигзагообразно. Токи нулевой последовательности, циркулирующие в двух
отводах зигзагообразно соединённой обмотки будут балансировать друг
друга, полное сопротивление нулевой последовательности вторичной стороны
главным образом определяется полем рассеяния магнитного поля между
двумя разветвлениями обмоток, и выражается весьма незначительной цифрой.

При использовании соединения пары обмоток различными способами
возможно достигнуть различных степеней напряжения смещения между
сторонами трансформатора.

Сдвиг фаз между ЭДС первичной и вторичной обмоток принято выражать группой соединений.
Для описания напряжения смещения между первичной и вторичной, или
первичной и третичной обмотками, традиционно используется пример с
циферблатом часов. Так как этот сдвиг фаз может изменяться от 0° до
360°,а кратность сдвига составляет 30°, то для обозначения группы
соединений выбирается ряд чисел от 1 до 12, в котором каждая единица
соответствует углу сдвига в 30°. Одна фаза первичной указывает на 12, а
соответствующая фаза другой стороны указывает на другую цифру
циферблата.

Наиболее часто используемая комбинация Yd11 означает, например, наличие 30º смещения нейтрали между напряжениями двух сторон

Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов

Схема соединения обмотокДиаграмма векторов напряжения
холостого хода*
Условное
обозначение
ВННН
У/Д-11

трансформатор

Всего комментариев: 0


ukrelektrik.com

Конструкция трансформатора

 

Конструктивной основой трансформатора является магнитопровод. Он служит для проведения основного магнитного потока. Для уменьшения магнитного сопротивления по пути потока, а следовательно, и уменьшения МДС и тока, необходимых для создания потока, магнитопровод выполняется из специальной электротехнической стали. Так кик магнитный поток в трансформаторе изменяется во времени, то для уменьшения потерь от вихревых токов в магнитопроводе он собирается из отдельных электрически изолированных друг от друга листов. Толщина листов выбирается тем меньше, чем выше частота питающего напряжения. При частоте 50 Гц толщина листов стали принимается равной 0,35—0,5 мм. Изоляция листов осуществляется чаще всего с помощью лаковой пленки, которая наносится с двух сторон листа.

В магнитопроводе различают стержень и ярмо. Стержень — это та часть магнитопровода, на которой располагаются обмотки, а ярмо — часть, не несущая обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи (см. рис. 1.1).

В зависимости от взаимного расположения стержней, ярм и обмоток магнитопроводы разделяются на стержневые (рис. 1.3) и броневые (рис. 1.4).

 

Рис. 1.3. Стержневой однофазный трансформатор

 

Рис. 1.4. Броневой однофазный трансформатор

 

В стержневых магнитопроводах ярма прилегают к торцевым поверхностям обмоток, не охватывая их боковых поверхностей. Магнитопровод стержневого трансформатора имеет два стержня, на каждом из которых располагаются по половине обмоток 1 и 2. Половины каждой из обмоток соединяются между собой последовательно или параллельно. В броневых магнитопроводах ярма охватывают не только торцевые, но и боковые поверхности обмоток.

В трёхфазных цепях могут применяться три однофазных трансформатора, обмотки которых соединяются по трехфазной схеме (рис. 1.5). Такой трансформатор называют групповым.

 

Рис. 1.5. Трёхфазная группа однофазных трансформаторов

 

Однако чаще применяют трехфазные трансформаторы с общей магнитной системой для всех фаз (рис. 1.6).

 

Рис. 1.6. Стержневой трёхфазный трансформатор

 

Набольшее распространение в практике трансформаторостроения получили магнитопроводы стержневого типа. На каждом стержне трёхфазного стержневого магнитопровода располагаются обе обмотки одной фазы (рис. 1.6).

По способу соединения стержней с ярмами различают трансформаторы со стыковыми (рис. 1.7) и шихтованными впереплёт (рис. 1.8) магнитопроводами.

 

Рис. 1.7. Принцип стыковой конструкции магнитопровода однофазного (а) и трёхфазного (б) трансформаторов

 

Рис. 1.8. Укладка листов стали шихтованного магнитопровода однофазного (а) и трёхфазного (б) трансформаторов

 

В первом случае стержни и ярма выполняются и скрепляются раздельно. При сборке магнитопровода стержни с обмотками устанавливаются встык с ярмами и стягиваются специальными деталями. В местах стыка во избежание замыкания листов и возникновения больших вихревых токов, вызывающих увеличение потерь и чрезмерное повышение температуры стали, устанавливаются изоляционные прокладки.

Сборка магнитопровода впереплёт ведётся путём чередования слоя листов, разложенных по положению 1 со слоем листов, разложенных по положению 2 (рис. 1.8). В результате такой сборки после стяжки ярм прессующими балками и стержней бандажами из стеклоленты получается остов трансформатора, не требующий добавочных креплений.

Остовом трансформатора называется магнитопровод вместе со всеми конструкциями и деталями, служащими для крепления его отдельных частей.

Листы, из которых собирается шихтованный магнитопровод, имеют прямоугольную форму, если они штампуются из горячекатаной электротехнической стали.

В настоящее время магнитопроводы трансформаторов изготовляются из холоднокатаной электротехнической стали, обладающей низкими удельными потерями и повышенной магнитной проницаемостью. Это позволяет уменьшить поперечное сечение стержня и, следовательно, сократить массы металла стали и обмоток трансформатора. Кроме того, уменьшаются потери в стали и намагничивающий ток трансформатора.

Для снижения потерь и падения магнитного напряжения в местах стыка при сборке магнитопровода из холоднокатаной электротехнической стали применяют косые стыки (рис. 1.9).

После сборки шихтованного впереплёт магнитопровода листы верхнего ярма вынимаются (расшихтовываются), на стержнях размещаются обмотки, после чего ярмо снова зашихтовывается.

Наболее широкое распространение в трансформаторостроении получили шихтованные впереплет магнитопроводы. Стыковая конструкция применяется значительно реже, так как наличие немагнитных зазоров в местах стыков увеличивает магнитное сопротивление на пути потока, что приводит к возрастанию намагничивающего тока трансформатора и снижению его коэффициента мощности.

 

 

Рис. 1.9. Форма пластин и порядок шихтовки магнитопровода из холоднокатаной стали: а – первый слой, б – второй слой, в – взаимное расположение слоёв при укладке

 

 

 

Рис. 1.10. Поперечные сечения стержней трансформатора

 

Стержни магнитопровода трансформаторов в поперечном сечении имеют форму ступенчатой фигуры, вписанной в окружность с диаметром D0, или прямоугольника.

Число ступеней фигуры увеличивается с возрастанием мощности трансформатора. Увеличение числа ступеней увеличивает заполнение площади круга площадью ступенчатой фигуры, но одновременно увеличивает число типов пластин, необходимых для сборки стержня. В мощных трансформатоpax в сечении магнитопровода предусматриваются каналы для его охлаждения.



При стержнях, имеющих поперечное сечение, приближающееся к кругу, обмотки будут иметь вид полых цилиндров. При такой конструктивной форме обмотки (по сравнению с прямоугольной) сокращается расход материалов на ее изготовление и увеличивается электрически и механическая прочность.

Прямоугольное сечение стержней применяется иногда в трансформаторах броневого типа и трансформаторах большой мощности.

Форма сечения ярма и его сочленение со стержнем выбираются с учетом обеспечения равномерного распределения магнитного потока в сечении сердечника. Неравномерность распределения потока между отдельными пакетами магнитопровода приводит к увеличению потерь в стали и возрастанию намагничивающего тока.

Равномерное распределение магнитного потока между пакетами можно получить, если ярмо будет иметь число ступеней, равное числу ступеней стержня. Для упрощения технологии изготовления ярм иногда число ступеней у них берут меньше, чем у стержней.

По способу расположения на стержне обмотки трансформатора подразделяются на концентрические (рис. 1.11) и чередующиеся (рис. 1.12). Концентрические обмотки выполняются каждая в виде цилиндра и располагаются на стержне концентрически относительно друг друга. Высота обоих обмоток, как правило, делается равной.

Рис. 1.11. Стержень трансформатора с концентрическими обмотками

Рис. 1.12 Стержень трансформатора с дисковыми чередующимися обмотками

 

В высоковольтных трансформаторах ближе к стержню располагается обмотка НН, так как при этом уменьшается изоляционное расстояние между стержнем и этой обмоткой. В чередующихся обмотках катушки ВН и НН чередуются вдоль стержня по высоте. Эти обмотки имеют меньшее магнитное рассеяние. Однако при высоких напряжениях изоляция таких обмоток сложнее из-за большого количества промежутков между катушками ВН и НН.

В силовых трансформаторах нашли применение главным образом концентрические обмотки.

Важным элементом конструкции обмоток является их изоляция. Различают главную и продольную изоляцию.

Главной изоляциейназывается изоляция данной обмотки от магнитопровода, бака и соседних обмоток.

Продольная изоляцияявляется изоляцией между различными точками данной обмотки, т. е. между витками, слоями и катушками, Изоляция между витками обеспечивается собственной изоляцией обмоточного провода.

Конструкция изоляции трансформатора усложняется с ростом напряжения обмотки ВН и существенно влияет на его стоимость.

Для выполнения обмоток трансформатора наряду с медными находят широкое применение алюминиевые провода.

В электронных устройствах используются трансформаторы с тороидальными сердечниками, которые наматываются из ленточной электротехнической стали или специальных магнитных сплавов. Их обмотки выполняются из медного провода, алюминиевой или медной фольги.

Основным типом силового трансформатора является масляный трансформатор. Сухие трансформаторы применяются в установках производственных помещений, жилых и служебных зданий, т.е. там, где применение масляных трансформаторов вследствие их взрыво- и пожароопасности недопустимо. В сухих трансформаторах охлаждающей средой служит проникающий к обмоткам и магнитопроводу атмосферный воздух.

У масляного трансформатора его выемная часть, являющаяся собственно трансформатором, погружается в бак с маслом (рис. 1.13). К выемной части относится остов с обмотками и отводами, а в некоторых конструкциях также и крышка бака. Масло, заполняющее бак, имеет двойное назначение. Оно имеет более высокую диэлектрическую прочность, чем воздух, благодаря чему можно уменьшить изоляционные расстояния между токоведущими и заземленными частями, а также между обмотками. Кроме того, трансформаторное масло является лучшей охлаждающей средой, чем воздух. Поэтому в трансформаторе, заполненном маслом, можно увеличить электрически и магнитные нагрузки. Все это приводит к уменьшению расхода обмоточных проводов и электротехнической стали на изготовление трансформатора и уменьшению его габаритов.

Иногда в целях пожарной безопасности бак трансформатора заполняется негорючим и не окисляющимся жидким диэлектриком – совтолом. Электрическая прочность и охлаждающие свойства этого диэлектрика практически не отличаются от таких же свойств масла. Применение совтола ограничивается более высокой по сравнению с маслом стоимостью и токсичностью его паров.

Бак трансформатора обычно имеет овальную форму и для удобства транспортировки располагается на тележке с катками.

У трансформаторов мощностью до 40 кВА применяются баки с гладкими стенками. При больших мощностях для увеличения поверхности охлаждения применяются специальные трубчатые охладители.

При мощностях свыше 10000 кВА для более интенсивного отвода от охладителей применяется их обдув с помощью вентиляторов. В мощных трансформаторах применяется форсированное охлаждение масла. Масло из бака откачивается насосом, прогоняется через водяной или воздушный теплообменник и охлажденное вновь возвращается в бак трансформатора.

Расширитель представляет собой цилиндрический резервуар, располагаемый выше крышки бака масляного трансформатора и соединяемый с баком трубкой и патрубком на крышке. Внутренний объем расширителя составляет примерно 10 % объема бака трансформатора, так что при всех возможных колебаниях температуры масло полностью заполняет бак. Кроме того, при наличии расширителя,открытая поверхность масла, соприкасающаяся с воздухом, уменьшается, что уменьшает его окисление и увлажнение. Этим достигается защита масла и изоляции трансформатора. Между расширителем и баком трансформатора устанавливается газовое реле, которое сигнализирует о повреждениях, приводящих к местному нагреву отдельных частей. В результате нагрева происходит разложение масла и изоляции, сопровождаемое выделением газов. Газы, поднимаясь в верхнюю часть бака по пути в расширитель, проходят через газовое реле, вытесняют из него масло и заставляют его сработать. Расширители устанавливаются во всех трансформаторах, начиная с мощности 25 кВА при напряжении от 6,3 кВ и выше. Для трансформаторов меньшей мощности допускается колебание уровня масла внутри бака.

Вводы представляют собой изоляторы, внутри которых располагаются токоведущие медные стержни. Внутри бака к стержню подсоединяются концы обмотки трансформатора, а вне бака – токоведущие части сети.

Вводы для трансформаторов, устанавливаемых внутри помещения, обычно имеют гладкую внешнюю поверхность, а дляустанавливаемых на открытом воздухе, снабжаются ребрами.

Контроль температуры масла в верхней части бака производится различного типа термометрами. Наибольшая температура масла — в верхних слоях (допускается равной 95°С).

Для изменения числа витков обмотки ВН в целях регулирования напряжения предусматривается переключатель, размещенный внутри бака. Рукоятка этого переключателявыводится на крышку или стенку бака трансформатора.

На крышке и стенках бака устанавливаются разные пробки и краны, предназначенные для заливки, спуска и отбора пробы масла.

 

 

Рис. 1.13. Масляный трансформатор:

1 – шихтованный магнитопровод; 2 — обмотка НН; 3 — обмотка BH; 4 — трубчатый бак; 5 — термометр; 6 — переключатель регулировочных отводов обмотки ВН; 7 – ввод обмотки НН: 8 —ввод обмотки ВН; 9 — расширитель

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Элементы конструкции силовых трансформаторов



Мощный трансформатор высокого напряжения представляет собой сложное устройство, состоящее из большого числа конструктивных элементов, основными из которых являются: магнитная система (магнитопровод), обмотки, изоляция, выводы, бак, охлаждающее устройство, механизм регулирования напряжения, защитные и измерительные устройства, тележка.

Магнитная система

В магнитной системе проходит магнитный поток трансформатора (отсюда название «магнитопровод»). Магнитопровод является конструктивной и механической основой трансформатора. Он выполняется из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. Качество электротехнической стали влияет на допустимую магнитную индукцию и потери в магнитопроводе.

В течение многих лет применялась горячекатаная сталь ЭЧ1, ЭЧ2 с толщиной листов 0,5-0,35 мм, допускающая индукцию 1,4-1,45 Тл, с удельными потерями 2,5-3,5 Вт/кг. В настоящее время применяется холоднокатаная текстурованная сталь марок 3405, 3406, т.е. сталь с определенной ориентировкой зерен, допускающая индукцию до 1,7 Тл, с удельными потерями 0,9-1,1 Вт/кг. Применение такой стали позволило значительно уменьшить сечение магнитопровода за счет большей допустимой магнитной индукции, уменьшить диаметр витков обмотки, уменьшить массу и габариты трансформаторов. Масса трансформаторов на единицу мощности в 1930г. достигала 3,33 т/(МВА), а в настоящее время 0,74 т/(МВА).

Уменьшение удельных потерь в стали, тщательная сборка магнитопровода, применение бесшпилечных конструкций, соединение стержней с ярмом с помощью косой шихтовки позволяют уменьшить потери холостого хода и ток намагничивания трансформатора. В современных мощных трансформаторах ток намагничивания составляет 0,5-0,6% Iном, тогда как в трансформаторе с горячекатаной сталью ток достигал 3%; потери холостого хода уменьшились вдвое.

Листы трансформаторной стали должны быть тщательно изолированы друг от друга. Первоначально применялась бумажная изоляция — листы оклеивались с одной стороны тонким слоем специальной бумаги. Бумага создает потную электрическую изоляцию между листами, но легко повреждается при сборке и увеличивает размеры магнитопровода. Широко применяется изоляция листов лаком с толщиной слоя 0,01 мм. Лаковая пленка создает достаточно надежную изоляцию между листами, обеспечивает хорошее охлаждение магнитопровода, обладает высокой нагревостойкостью и не повреждается при сборке. Последнее время все шире применяется двустороннее жаростойкое покрытие листов стали, наносимое на металлургическом заводе после проката. Толщина покрытия меньше 0,01 мм, что обеспечивает лучшие свойства магнитной системы. Стяжка стержней осуществляемся стеклобандажами, ярм — стальными полу бандажами или бандажами.

Магнитопровод и его конструктивные детали составляют остов трансформатора. На остове устанавливают обмотки и крепят проводники, соединяющие обмотки с вводами, составляя активную часть.

Рис.1. Обмотки трансформатора:

а — концентрическая, б — чередующаяся

Обмотки трансформаторов

Обмотки трансформаторов могут быть концентрическими и чередующимися. В первом случае обмотки НН и ВН выполняют в виде цилиндров и располагают на стержне концентрически одна относительно другой (рис.1,а). Такое выполнение принято в большинстве силовых трансформаторов. Во втором случае обмотки ВН и НН выполняются в виде невысоких цилиндров с одинаковыми диаметрами и располагаются на стержне одна над другой (рис.1,б). В такой обмотке значительное число паек, она менее компактна и применяется для специальных электропечных трансформаторов или для сухих трансформаторов, так как обеспечивает лучшее охлаждение обмоток.

Обмотки трансформаторов должны обладать достаточной электрической и механической прочностью. Изоляция обмоток и отводов от нее должна без повреждений выдерживать коммутационные и атмосферные перенапряжения. Обмотки должны выдерживать электродинамические усилия, которые появляются при протекании токов КЗ. Необходимо предусмотреть надежную систему охлаждения обмоток, чтобы не возникал недопустимый перегрев изоляции.

Для проводников обмотки используются медь и алюминий. Как известно, медь имеет малое электрическое сопротивление, легко поддается пайке, механически прочна, что и обеспечило широкое применение меди для обмоток трансформаторов. Алюминий дешевле, обладает меньшей плотностью, но большим удельным сопротивлением, требует новой технологии выполнения обмоток. В настоящее время трансформаторы с алюминиевой обмоткой изготовляются на мощность до 6300 кВА.

В современных трансформаторах для обмотки применяется транспонированный провод, в котором отдельные проводники в параллельном пучке периодически изменяют свое положение. Это выравнивает сопротивление элементарных проводников, увеличивает механическую прочность, уменьшает толщину изоляции и размеры магнитопровода.

Изоляция трансформатора

Изоляция трансформатора является ответственной частью, так как надежность работы трансформатора определяется в основном надежностью его изоляции.

В масляных трансформаторах основной изоляцией является масло в сочетании с твердыми диэлектриками: бумагой, электрокартоном, гетинаксом, деревом (маслобарьерная изоляция).

Значительный эффект дает применение изоляции из специально обработанной бумаги (стабилизированной), которая менее гигроскопична, имеет более высокую электрическую прочность и допускает большой нагрев. В сухих трансформаторах широко применяются новые виды изолирующих материалов повышенной нагревостойкости на основе кремнийорганических материалов.

Активную часть трансформатора вместе с отводами и переключающими устройствами для регулирования напряжения помещают в бак. Основные части бака — стенки, дно и крышка. Крышку используют для установки вводов, выхлопной трубы, крепления расширителя, термометров и других деталей. На стенке бака укрепляют охладительные устройства — радиаторы.

В трансформаторах небольшой мощности бак выполняется с верхним разъемом: при ремонтах необходимо снять крышку трансформатора, а затем поднять активную часть из бака.

Если масса активной части более 25т, то она устанавливается на донную часть бака, а затем накрывается колоколообразной верхней частью бака и заливается маслом. Такие трансформаторы с нижним разъемом не нуждаются в тяжелых грузоподъемных устройствах для выемки активной части, так как при ремонтах после слива масла поднимается верхняя часть бака, открывая доступ к обмоткам и магнитопроводу.

Для уменьшения потерь от потоков рассеяния стальные баки экранируются с внутренней стороны пакетами из электротехнической стали или пластинами из немагнитных материалов (медь, алюминий).



Расширитель трансформатора

Расширитель трансформатора представляет собой цилиндрический сосуд, соединенный с баком трубопроводом и служащий для уменьшения площади соприкосновения масла с воздухом. Бак трансформатора полностью залит маслом, изменение объема масла при нагреве и охлаждении приводит к колебанию уровня масла в расширителе; при этом воздух вытесняется из расширителя или всасывается в него. Масло очень гигроскопично, и если расширитель непосредственно связан с атмосферой, то влага из воздуха поступает в масло, резко снижая его изоляционные свойства. Для предотвращения этого расширитель связан с окружающей средой через силикагелевый воздухоосушитель. Силикагель поглощает влагу из всасываемого воздуха. При резких колебаниях нагрузки силикагелевый фильтр полностью не осушает воздух, поэтому постепенно влажность воздуха в расширителе повышается. Для предотвращения этого применяются герметичные баки с газовой подушкой из инертного газа или свободное пространство в расширителе заполняется инертным газом (азотом), поступающим из специальных эластичных емкостей. Возможно применение специальной пленки — мембраны на границе масло-воздух. Осушение воздуха в расширителе осуществляют термовымораживателями.

К баку трансформатора крепится термосифонный фильтр, заполненный силикагелем или другим веществом, поглощающим продукты окисления масла. При циркуляции масла через фильтр происходит непрерывная регенерация его.

Рис.2. Трансформатор трехфазный трехобмоточный ТДТН-16000-110-80У1

1 — бак, 2 — шкаф автоматического управления дутьем, 3 — термосифонный фильтр,

4 — ввод ВН, 5 — ввод НН, 6 — ввод СН, 7 — установка трансформаторов тока 110 кВ,

8 — установка трансформаторов тока 35 кВ, 9 — ввод 0 ВН, 10 — ввод 0 СН,

11 — расширитель, 12 — маслоуказатель стрелочный, 13 — клапан предохранительный,

14 — привод регулятора напряжения, 15 — электродвигатель системы охлаждения,

16 — радиатор, 17 — каретка с катками

Для контроля за работой трансформатора предусматриваются контрольно-измерительные и защитные устройства. К контрольным устройствам относятся маслоуказатель и термометры. Маслоуказатель устанавливается на расширителе, термометр — на крышке бака. К защитным устройствам относятся реле понижения уровня масла и газовое реле.

На мощных трансформаторах 330-750 кВ дополнительно применяются устройства контроля изоляции вводов (КИВ) и манометры, контролирующие давление масла в герметичных вводах ВН.
Основные конструктивные узлы трансформаторов показаны на рис.2.



www.gigavat.com

Конструкции трансформаторов | Техника и Программы

Основными типами конструкций трансформаторов являются броневая и стержневая. В однофазном исполнении они приведены на Рис. 7.6.

Рис. 7.6. Трансформаторывразрезе

Броневая конструкция больше подходит для больших и высоковольтных трансформаторов. Секции обмоток в них имеют плоскую форму и набираются в стопку перед монтажом с сердечником. В этой конструкции сердечник окружает большую часть обмоток, за исключением зоны расположения их выводов. Секции первичной и вторичной обмоток обычно чередуют между собой для уменьшения индуктивности рассеяния. С учетом возможности протекания больших токов при авариях секции должны быть надежно закреплены. Почти всегда трансформаторы броневой конструкции делают с масляным наполнением, а их мощность достигает 500 MBA.

В трансформаторах стержневой конструкции катушки надеты на сердечник в форме стержня, собранный из пластин трансформаторного железа. В этой конструкции по сути катушки окружают сердечник. В поперечном сечении катушки бывают прямоугольными и круглыми. Эта конструкция чаще используется для небольших трансформаторов сухого типа, обычно в диапазоне мощностей от 10 кВА до 20 MBA. Причина, по которой стержневая конструкция трансформаторов не применяется при больших мощностях, состоит в трудности обеспечения механической прочности их обмоток при авариях с коротким замыканием. Так как механическая сила пропорциональна квадрату тока, то при токе короткого замыкания, в 20 раз большем, чем номинальный рабочий ток, развиваются силы, в 400 раз большие, чем при нормальной работе. В основном механические силы направлены радиально. Внутренние обмотки при этом сжимаются, а внешние стремятся расшириться. Для защиты внутренних обмоток от механических повреждений при авариях сердечник (или по крайней мере его углы) покрывают стеклопластиком. Снаружи обмотки также зачастую закрывают стеклопластиковой защитой. Существуют также механические силы, стремящиеся вытолкнуть края обмоток наружу в аксиальном направлении. Но как бы там ни было, из-за того, что производство стержневых трансформаторов дешевле, чем броневых, в области средних напряжений и мощностей их великое множество.

Два варианта конструкций стержневых трансформаторов заслуживают упоминания. Обмотки могут быть покрыты защитным диэлектриком, часто эпоксидной смолой. При использовании воздушного охлаждения между первичной и вторичной обмотками делают воздушные зазоры. Эти трансформаторы обычно имеют весьма большие габариты для своих мощностей. Другой вариант конструкции предусматривает использование в обмотках пустотелых проводников с жидкостным охлаждением. Такое прямое охлаждение приобрело популярность в последние годы для трансформаторов класса до 15 кВ, при этом для исключения электролиза применялись деионизированные хладагенты. Для обеспечения устойчивости к замерзанию используют смесь пропиленгликоля с водой. Несмотря на то что системы с жидкостным охлаждением требуют применения деионизаторов, насосов и теплообменников, они также часто используются в силовой электронике и для охлаждения мощных полупроводниковых приборов. Трансформаторы, полупроводниковые приборы и шины могут охлаждаться общей жидкостной системой. Эта конструкция особенно удобна, если недоступен воздух для охлаждения нужного качества. Примерами таких условий могут быть литейные цеха, стекольные заводы, металлургические предприятия и подобные им производства, где использование жидкостного охлаждения электрооборудования позволяет отказаться от дорогих фильтров и громоздкой системы воздуховодов. Теплообменники бывают жидкостно-воздушными и жидкостно-водяными и могут быть частью заводской системы охлаждения. При использовании жидкостного охлаждения надо соблюдать некоторые предосторожности. Если используется смесь воды с гликолем, то последний должен быть химически чистым.

Имеющиеся в продаже антифризы на основе гликоля содержат ингибиторы ржавчины и другие присадки, увеличивающие их проводимость.

Основные характеристики трансформаторов с масляным наполнением и сухого типа приведены в Табл. 7.1. Митральное масло, используемое в первых, служит как для обеспечения электрической изоляции, так и для отвода тепла. Кроме того, для изоляции применяется картон или бумага, пропитанные маслом. Диэлектрические постоянные этих материалов очень близки к диэлектрической постоянной масла, так что не возникает неоднородностей электрического поля, связанных с изоляцией. При изготовлении горячее масло закачивается в нагретую конструкцию трансформатора под вакуумом, с тем чтобы исключить даже мельчайшие пузырьки воздуха в изоляции и масле. Нагрев масла уменьшает его вязкость и увеличивает проникающую способность. Изоляция должна быть полностью пропитана маслом, чтобы в ней не осталось воздушных пустот, в которых при работе может возникнуть коронный разряд, ведущий к повреждению изоляции. Следует отметить, что диэлектрические свойства масла позволяют зазоры между токоведущими частями в трансформаторах делать намного меньше, чем на воздухе. Рабочая температура масла ограничивается ухудшением его изоляционных свойств вследствие образования углеводородов, ускоряющегося при высокой температуре.

Таблица 7.1. Основные характеристики трансформаторов

Трансформаторы с масляным наполнением

Трансформаторы сухого типа

Неограниченное напряжение

Напряжение до 34.5 кВ

Изоляционный материал — картон

Твердые изоляционные материалы

Сварной корпус

Воздушное или жидкостное охлаждение

Обычно броневая конструкция

Обычно стержневая конструкция

Температура масла максимум 65°С

Температурадо 180°С и выше

Герметичные проходные изоляторы

Открытые выводы

Корпуса для трансформаторов с масляным наполнением делают сварными, из стали, при этом их конструкцию рассчитывают так, чтобы свести к минимуму нагрев вихревыми токами. Выводы обычно рассчитаны на ток до 2500 А, а при больших токах их соединяют параллельно. Для охлаждения к наружным стенкам корпуса приделывают трубчатые радиаторы, а внутри трансформатора масло циркулирует обычно за счет конвекции.

Трансформаторы сухого типа обычно используют внутри помещений, хотя иногда применяют их и снаружи. Для уменьшения размеров оборудования эти трансформаторы могут быть встроены в ту или иную установку. Для охлаждения используются как естественная конвекция воздуха, так и вентиляторы. Большое число трансформаторов сухого типа применяются в зданиях для питания локальной сети 120/208 В от высоковольтной распределительной сети. Еще одним привлекательным качеством этих трансформаторов является простота их подключения к сети.

В процессе изготовления собранную конструкцию из сердечника и катушек подвергают нескольким циклам вакуумного прессования, что позволяет удалить воздушные пузыри из изоляции. Обмотки обычно снабжены вентиляционными каналами, выполненными из стеклопластика или рифленого алюминия. Для трансформаторов сухого типа очень важно, чтобы пыль или какие-либо проводящие загрязнения не попадали в их систему вентиляции.

Источник: Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI, 2008. — 252 c.: ил. (Серия «Силовая электроника»).

nauchebe.net

Конструкция трансформатора | Техника и Программы

Существует три основных типа конструкции трансформаторов: броневой, стержневой и тороидальный трансформаторы (рис. 14). Каждый из них может иметь сердечник либо пластинчатый, либо ленточный разъемный, либо ленточный неразъемный. Наиболее распространенные варианты конструкции сердечника показаны на рис. 15. В разъемных и пластинчатых сердечниках после сборки остаются очень маленькие воздушные промежутки – зазоры, которые немного ухудшают их магнитные свойства.

На самом деле принципиальной разницы между трансформаторами нет, в усилителях можно использовать любые и отдавать предпочтение какому-либо определенному типу нет особого смысла. К сожалению, существует мнение, что трансформатор непременно должен быть тороидальным, типа, поставь тор, и звучание само по себе станет хорошим. Это не так. Главное не конструкция трансформатора, а качество его изготовления. Поэтому лучше поставить качественный броневой трансформатор, чем плохонький тороидальный.

Давайте рассмотрим особенности каждой из конструкций.

Броневой трансформатор

Технологичный в изготовлении, недорогой и популярный. Наиболее доступный для самостоятельного изготовления. Выпускаются на мощности, начиная от 0,5 ВА. При самостоятельном изготовлении или перемотке трансформатора с пластинчатым сердечником очень важно хорошо собрать сердечник, иначе он может гудеть или дребезжать. Броневой трансформатор имеет наихудшее охлаждение (в нормальном трансформаторе греется обмотка), поэтому меньше всех выдерживает длительные перегрузки. Иногда встречаются трансформаторы, каркас которых разделен на несколько секций, в каждой из которых намотана своя обмотка (при «традиционном» способе намотки обмотки наматываются по всей длине каркаса и располагаются одна поверх другой – сначала первичная, потом вторичные).

Такие трансформаторы наиболее удобны для перемотки, но имеют самые большие потоки рассеяния.

Стержневой трансформатор

Обычно выпускается на мощности от 40 ВА и больше. Часто использовался в отечественной аудиоаппа-

Рис. 15

ратуре 70-х…80-х годов XX века. Главная его особенность – каждая из обмоток состоит из двух половинок, намотанных на боковые стержни (поэтому у такого трансформатора много выводов). Эти полуобмотки должны быть правильно соединены между собой, поэтому если вы вынимаете такой трансформатор из аппаратуры, не удаляйте провода, соединяющие полуобмотки.

Если же у вас новый трансформатор, то подключать его надо очень внимательно и осторожно – не всегда на него есть документация по соединению обмоток, и иногда эта документация не очень понятна. Для стержневого трансформатора условные и реальные начала обмоток могут не совпадать! Поэтому при соединении вторичных обмоток последовательно или параллельно обя-

зательно производите измерения, как описано ниже.

И еще. Половинки вторичной обмотки, намотанные на разные стержни, можно вполне использовать как самостоятельные вторичные обмотки.

Тороидальный трансформатор

Довольно сложный в изготовлении (особенно самостоятельно) поэтому обычно более дорогой. Ленточный неразъемный сердечник вообще не имеет зазора, а тороидальная форма обеспечивает минимально возможную длину магнитной цепи, поэтому обмотки трансформатора содержат несколько меньшее число витков и имеют меньшее сопротивление. Отсутствие зазора и равномерное распределение обмоток по сердечнику заметно уменьшают потоки рассеяния, снижая как индуктивные сопротивления обмоток, так и создаваемые помехи. Кроме того, трансформатор охлаждается лучше других и лучше выдерживает перегрузки током.

С другой стороны, из-за отсутствия зазора трансформатор наиболее чувствителен к превышению напряжения питания и к подмагничиванию постоянным током (т.к. переход от линейного участка к насыщению более острый).

Главным преимуществом тороидального трансформатора являются наименьшие поля рассеяния, поэтому если вы делаете усилитель, где каждый канал собран на своей плате, причем там находится все полностью, вплоть до своего выпрямителя с трансформатором… Вот тогда вам нужен именно тор – от него помех намного меньше, поэтому его можно ставить близко к остальной схеме.

Номинальная и габаритная мощности. Номинальная мощность – это та мощность, с которой транс

форматор работает длительное время при допустимой величине нагрева. В паспортных данных на трансформатор она обозначается Бтр. Номинальная мощность трансформатора равна сумме номинальных мощностей вторичных обмоток через которые протекают номинальные токи. Номинальная мощность трансформатора должна быть не меньше, чем мощность, потребляемая от него нагрузкой.

Габаритная мощность относится к сердечнику – это такой оценочный параметр, показывающий какую долговременную максимальную мощность можно с этим сердечником получить при наилучшей конструкции обмоток, когда диаметры проводов обмоток максимальны, а числа витков – минимальны. Ее можно найти в справочных данных на сердечники. Идеальный трансформатор может быть любого размера – работа трансформатора не зависит от величины магнитного потока. В реальном трансформаторе приходится учитывать размер обмоток. Числа витков всегда определены однозначно величинами рабочих напряжений. А диаметр проводов обмоток определяется током этих обмоток. Чем больше напряжение и ток, тем больше число витков и диаметр провода. С другой стороны, напряжение и ток дают мощность. Поэтому обмотки определенной мощности имеют определенный объем, и размер сердечника должен быть таким, чтобы эти обмотки на нем поместились. Полностью эту мощность снять не удается: например некоторое место занимает экранная обмотка, межслойная и межобмоточная изоляция (особенно когда много вторичных обмоток), каркас, значит места для проводов становится меньше, снижается диаметр провода, а следовательно ток и мощность, отдаваемая трансформатором. Поэтому номинальная мощность трансформатора всегда оказывается меньше габаритной, это надо учитывать при его изготовлении.

Габаритная мощность полезна при оценке незнакомого трансформатора, измерив размеры магнитопро- вода, можно в справочнике найти его габаритную мощность, тогда номинальная мощность будет приблизительно 0,6…0,8 от габаритной.

Источник: Рогов И.Е. Конструирование источников питания звуковых усилителей. – Москва: Инфра- Инженерия, 2011. – 160 с.

nauchebe.net

Конструкция основных частей силового трансформатора

Силовой трехфазный масляный трансформатор:1 — корпус бака, 2 — циркуляционные трубы, 3 — крышка, 4 — термометр, 5 — подъемное кольцо, 6 — переключатель регулирования напряжения, 7 — ввод обмоток НН, 8 — ввод обмоток ВН, 9 — пробка отверстия для заливки масла, 10 — маслоуказатель, 11 — пробка расширителя, 12 — расширитель, 13 — патрубок, соединяющий расширитель с баком, 14 — горизонтальная прессующая шпилька, 15 — вертикальная подъемная шпилька, 16 — магнитопровод, 17 — обмотка НН, 18 — обмотка ВН, 19 — маслоспускная пробка, 20 — ярмовая балка, 21 — вертикальная стяжная шпилька, 22 — катки.


Магнитопровод

Магнитопровод представляет собой прямоугольную конструкцию, состоящую из трех вертикальных стержней, связанных верхним и нижним ярмами. Магнитопроводы собирают из штампованных пластин толщиной 0,35 или 0,5 мм электротехнической стали: горячекатаной, холоднокатаной текстурованной или холоднокатаной малотекстурованной. Горячекатаной называется сталь, прокатанная в нагретом состоянии на горячих валках прокатного стана, а холоднокатаной…

Обмотки

Наиболее ответственной и часто повреждающейся частью трансформатора являются его обмотки. В масляных трансформаторах малой и средней мощности применяют обмотки, выполненные из медных проводов ПБ и ПББО или алюминиевых проводов ПБА и ПББОА. Обмотки трансформаторов отличаются разнообразием конструкций, однако наибольшее распространение в трансформаторах 1 — 3-го габаритов получили цилиндрические непрерывные обмотки, выполненные…

Обмотки высшего напряжения

В качестве обмоток высшего напряжения (обмоток ВН) в трансформаторах мощностью до 560 ква при классах напряжения 6 — 35 кв применяют многослойные цилиндрические обмотки. Эту обмотку выполняют круглым проводом, который наматывают на бумажно-бакелитовый цилиндр. Между соседними слоями проводов прокладывают по несколько листов кабельной бумаги. При большом числе слоев обмотку для лучшего отвода тепла выполняют в виде двух катушек, между…

Переключатели (ТПСУ-9-120)

Переключатели представляют собой контактные устройства, при помощи которых осуществляют переключение ответвлений обмоток и изменение, таким образом, коэффициента трансформации посредством изменения числа витков обмотки ВН. Такие переключения осуществляют в целях регулирования напряжения трансформатора. Трансформаторы мощностью до 1000 ква имеют три ступени регулирования напряжения: + 5%, номинал и — 5%, а от 1600 до 5600 ква — пять…

Переключатели (3-50/35)

Переключатель 3-50/35 аналогично переключателям других типов состоит из привода и контактной системы, представляющей собой девять неподвижных латунных стержней с резьбой, к которым присоединяют регулировочные отводы, и три подвижных контакта. Неподвижные контакты укреплены в пластмассовом диске, подвижные вставлены в алюминиевый держатель и перемещаются вместе с ним. Подвижные контакты соединены медной лентой и прижаты к неподвижным…

Бак

Магнитопровод с обмотками помещен в металлический бак, который служит резервуаром для охлаждающего масла, предохраняет находящиеся внутри него детали от повреждений, а также образует поверхность охлаждения, необходимую для лучшего отвода тепла от трансформатора. Баки трансформаторов отличаются многообразием конструкций, которые определяются главным образом мощностью и условиями работы трансформатора. Чем больше мощность трансформатора,…

Крышка бака

Крышку бака изготовляют из листовой стали, толщина которой на 2 — 4 мм больше толщины стенки бака. На крышке обычно размещают термометр, термометрический сигнализатор, пробивной предохранитель, вводы, расширитель, газовое реле, предохранительную трубу. Термометр и термометрический сигнализатор служат для наблюдения за температурой верхних слоев масла, находящегося в баке трансформатора. В трансформаторах мощностью до 1000 ква применяют…

Пробивной предохранитель крышки бака

Пробивной предохранитель служит для защиты персонала и низковольтных аппаратов от высокого напряжения при переходе потенциала с обмоток ВН на обмотки НН вследствие пробоя изоляции между обмотками или отводами. Контактные части 2 фарфоровой головки 1 предохранителя отделены одна от другой дистанционной слюдяной прокладкой 3 толщиной 0,25 мм с четырьмя отверстиями диаметром 6 мм. Пробивной предохранитель Пробивной предохранитель…

Вводы силовых трансформаторов

Вводы силовых трансформаторов служат для изоляции выводимых из бака концов обмотки и присоединения их к различным элементам электроустановки. Вводы отличаются большим разнообразием форм и размеров, зависящих от напряжения, мощности, места установки трансформатора, а также от предъявляемых к нему требовании. Ввод обычной конструкций трансформатора Ввод обычной конструкций трансформатора на 6 и 10 кв для внутренней установки: 1 —…

Расширитель, газовое реле и предохранительная труба

Расширитель, газовое реле и предохранительная труба расположены на крышке трансформатора в непосредственной близости друг от друга. Расширитель служит для обеспечения постоянного заполнения бака трансформатора маслом, а также для уменьшения поверхности соприкосновения масла с воздухом и защиты таким образом масла от увлажнения и окисления. Кроме того, расширитель компенсирует изменяющийся объем масла в баке при колебаниях температуры….

Сообщение расширителя с окружающей атмосферой

Сообщение расширителя с окружающей атмосферой осуществляется при помощи трубки, проходящей через отстойник. Нижний коней трубки закрыт пробкой с отверстием, снабженным мелкой металлической сеткой, предохраняющей расширитель от попадания в него твердых частиц, содержащихся в окружающем воздухе. У расширителей без отстойника воздух проходит через узкий канал, просверленный в пробке, закрывающей отверстие, служащее для наполнения…

Газовое реле

Газовое реле устанавливают на трансформаторах мощностью 560 ква и выше в разрыве трубы, соединяющей расширитель с баком. Оно служит для сигнализации и отключения силового трансформатора при возникновении в нем внутренних повреждений, вызывающих местные нагревы, а вследствие этого разложение масла, дерева или изоляции и образование газов. К таким повреждениям относят витковые замыкания, междуфазные короткие замыкания, «пожар стали»

3.2

 

Для автотрансформаторов при классах напряжения стороны СН или НН 110 кВ и выше после класса напряжения стороны ВН через черту дроби указывают класс напряжения стороны СН или НН.

Примечание. Для трансформаторов, разработанных до 01.07.87, допускается указывать последние две цифры года выпуска рабочих чертежей.

2. Буквенная часть условного обозначения должна содержать обозначения в следующем порядке:

А — автотрансформатор;

О или Т — однофазный или трехфазный трансформатор;

Р — расщепленная обмотка НН;

условное обозначение видов охлаждения — по табл. 1 настоящего стандарта;

З — исполнение трансформатора с естественным масляным охлаждением или с охлаждением негорючим жидким диэлектриком с защитой при помощи азотной подушки без расширителя;

Л — исполнение трансформатора с литой изоляцией;

Т* — трехобмоточный трансформатор;

Н — трансформатор РПН;

С — исполнение транс СЗ — естественное воздушное при защищенном исполнении;

СГ — естественное воздушное при герметичном исполнении;

СД — воздушное с дутьем;

б) Масляные трансформаторы

М — естественное масляное;

МЗ — с естественным масляным охлаждением с защитой при помощи; азотной подушки без расширителя;

Д — масляное с дутьем и естественной циркуляцией масла;

ДЦ — масляное с дутьем и принудительной циркуляцией масла;

Ц – масляно — водяное с принудительной циркуляцией масла; форматора собственных нужд электростанций.

 

4. НЕИСПРАВНОСТИ

 

С целью максимального увеличения срока службы и эффективности трансформатора, важно быть в курсе возможных неисправностей, которые могут возникнуть, и знать, как их обнаружить заблаговременно. Регулярный мониторинг и техническое обслуживание дают возможность обнаруживать возникающие неисправности, прежде чем будет нанесен большой ущерб.

Четыре основных типа неисправности силовых трансформаторов:

Дугообразование, или большие разрушающие токи

Легкое искрение, или небольшие разряды.

Местный перегрев, или горячие точки

Общий перегрев из-за недостаточного охлаждения или постоянной перегрузки

Эти неисправности могут привести к термическому разрушению масла и бумажной изоляции в трансформаторе. Один из способов их обнаружения является оценка количества газов углеводородов, водорода и окиси углерода, присутствующих в трансформаторе. Различные газы могут служить признаками различных неисправностей. Например,

Большие количества водорода и ацетилена (C2h3) могут указывать на дуговой пробой с большим током. Оксиды углерода также могут быть найдены, если искрение вовлекает бумажную изоляцию.

Присутствие водорода и низших углеводородов могут быть признаком небольших разрядов.

Значительные объемы метана и этана, могут означать местные перегревы, или горячие точки.

При перегреве бумажной изоляции, могут выделяться СО и СО2, что является следствием длительной перегрузки или нарушения теплообмена.

Методы поиска неисправностей:

газовое реле,

анализ растворенного газа,

тесты, определяющие качество масла и его загрязнение.

 

 

 

 

 

studopedya.ru

Устройство трансформатора

Устройство трансформатора. Магнитопровод. Трансформаторы в зависимости от конфигурации магнитопровода подразделяют на стержневые, броневые и тороидальные.

В стержневом трансформаторе (рис. 213, а) обмотки 2 охватывают стержни магнитопровода 1; в броневом (рис. 213,б), наоборот, магнитопровод 1 охватывает частично обмотки 2 и как бы

Рис. 213. Устройство стержневого (а), броневого (б) и тороидального (в) трансформаторов

бронирует их; в тороидальном (рис. 213, в) обмотки 2 намотаны на магнитопровод 1 равномерно по всей окружности.

Трансформаторы большой и средней мощности обычно выполняют стержневыми. Их конструкция более простая и позволяет легче осуществлять изоляцию и ремонт обмоток. Достоинством их являются также лучшие условия охлаждения, поэтому они требуют меньшего расхода обмоточных проводов. Однофазные трансформаторы малой мощности чаще всего выполняют броневыми и тороидальными, так как они имеют меньшую массу и стоимость по сравнению со стержневыми трансформаторами из-за меньшего числа катушек и упрощения процесса сборки и изготовления. Тяговые трансформаторы с регулированием напряжения на стороне низшего напряжения — стержневого типа, а с регулированием на стороне высшего напряжения — броневого типа.
Магнитопроводы трансформаторов (рис. 214) для уменьшения потерь от вихревых токов собирают из листов электротехнической

Рис. 214. Магнитопроводы однофазного тягового (а) и силового трехфазного (б) трансформаторов: 1 — стержень; 2 — ярмовые балки; 3 — стяжные шпильки; 4 — основание для установки катушек; 5 — ярмо

стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. Обычно применяют горячекатаную сталь с высоким содержанием кремния или холоднокатаную сталь. Листы изолируют один от другого тонкой бумагой или лаком. Стержни магнитопровода трансформатора средней мощности имеют квадратное или крестовидное сечение, а у более мощных трансформаторов — ступенчатое, по форме приближающееся к кругу (рис. 215, а). При такой форме обеспечивается минимальный периметр стержня при заданной площади поперечного сечения, что позволяет уменьшить длину витков обмоток, а следовательно, и расход обмоточных проводов. В мощных трансформаторах между отдельными стальными пакетами из которых собираются стержни, устраивают каналы шириной 5—6 мм для циркуляции охлаждающего масла. Ярмо, соединяющее стержни, имеет обычно прямоугольное сечение, площадь которого на 10—15% больше площади сечения стержней. Это уменьшает нагрев стали и потери мощности в ней.

В силовых трансформаторах магнитопровод собирают из прямоугольных листов. Сочленение стержней и ярма обычно выполняют с взаимным перекрытием их листов внахлестку. Для этого листы в двух смежных слоях сердечника располагают, как показано на рис. 215, б, г, т. е. листы стержней 1, 3 и ярма 2, 4 каждого последующего слоя перекрывают стык в соответствующих листах предыдущего слоя, существенно уменьшая магнитное сопротивление в месте сочленения. Окончательную сборку магнитопровода осуществляют после установки катушек на стержни (рис. 215, в).

В трансформаторах малой мощности магнитопроводы собирают из штампованных листов П- и Ш-образной формы или из штампованных колец (рис. 216, а—в).

Большое распространение получили также магнитопроводы (рис. 216,г—ж), навитые из узкой ленты электротехнической стали (обычно из холоднокатаной стали) или из специальных железо-никелевых сплавов.

Обмотки. Первичную и вторичную обмотки для лучшей магнитной связи располагают как можно ближе друг к другу: на каждом стержне 1магнитопровода размещают либо обе обмотки 2 и 3

Рис. 215 Формы поперечного сечения (а) и последовательность сборки магнитопровода (б — г)

Рис. 216. Сердечники однофазных трансформаторов малой мощности, собранные из штампованных листов (о, б), колец (в) и стальной ленты (г—ж)

концентрически одну поверх другой (рис. 217,а), либо обмотки 2 и 3 выполняют в виде чередующихся дисковых секций — катушек (рис. 217,б). В первом случае обмотки называют концентрическими, во втором — чередующимися, или дисковыми. В силовых трансформаторах обычно применяют концентрические обмотки, причем ближе к стержням обычно располагают обмотку низшего напряжения, требующую меньшей изоляции относительно магнито-провода трансформатора, снаружи — обмотку высшего напряжения.

В трансформаторах броневого типа иногда применяют дисковые обмотки. По краям стержня устанавливают катушки, принадлежащие обмотке низшего напряжения. Отдельные катушки соединяют последовательно или параллельно. В трансформаторах э. п. с, у которых вторичная обмотка имеет ряд выводов для изменения напряжения, подаваемого к тяговым двигателям, на каждом стержне располагают по три концентрических обмотки (рис. 217, в). Ближе к стержню размещают нерегулируемую часть 4 вторичной обмотки, в середине — первичную обмотку 5 высшего напряжения и поверх нее — регулируемую часть 6 вторичной обмотки. Размещение регулируемой части этой обмотки снаружи упрощает выполнение выводов от отдельных ее витков.

В трансформаторах малой мощности используют многослойные обмотки из провода круглого сечения с эмалевой или хлопчатобумажной изоляцией, который наматывают на каркас из электрокартона; между слоями проводов прокладывают изоляцию из специальной бумаги или ткани, пропитанной лаком.

В мощных трансформаторах, устанавливаемых на э. п. с, тяговых подстанциях и пр., применяют непрерывные спиральные

Рис. 217. Расположение концентрических (а), дисковых (б) и концентрических трехслойных (в) обмоток трансформатора

(рис. 218, а) и винтовые параллельные (рис. 218,б) обмотки, обладающие высокой механической прочностью и надежностью. Непрерывную спиральную обмотку используют в качестве первичной (высшего напряжения) и регулируемой части вторичной обмотки (низшего напряжения). Эта обмотка состоит из ряда последовательно соединенных плоских катушек, имеющих одинаковые размеры. Катушки расположены друг над другом. Между ними устанавливают прокладки и рейки из электрокартона, которые образуют горизонтальные и вертикальные каналы для прохода охлаждающей жидкости (масла).

Для повышения электрической прочности при воздействии атмосферных напряжений две первые и две последние катушки первичной (высоковольтной) обмотки обычно выполняют с усиленной изоляцией. Усиление изоляции ухудшает охлаждение, поэтому площадь сечения проводов этих катушек берут большей, чем для остальных катушек первичной обмотки.

Винтовую параллельную обмотку используют в качестве нерегулируемой части вторичной обмотки. Ее витки наматывают по винтовой линии в осевом направлении подобно резьбе винта. Обмотку выполняют из нескольких параллельных проводов прямоугольного сечения, прилегающих друг к другу в радиальном направлении. Между отдельными витками и группами проводов располагают каналы для прохода охлаждающей жидкости.

Рис. 218. Непрерывная спиральная (а) и винтовая (б) обмотки мощных трансформаторов электрического подвижного состава: 1 — выводы; 2,6 — каналы для прохода охлаждающей жидкости; 3 — катушки; 4 — опорные кольца; 5 — рейки; 7 — бакелитовый цилиндр; 8 — проводники обмотки

Рис. 219. Устройство трансформаторов общего назначения (а) и тягового (б) с масляным охлаждением: 1— термометр; 2 — выводы обмотки высшего напряжения; 3—выводы обмотки низшего напряжения; 4, 6 — пробки для заливки масла; 5 — масломерное стекло; 7 — расширитель; 8 — сердечник; 9, 10 — обмотки высшего и низшего напряжений; 11 — пробка для спуска масла; 12 —бак для охлаждения масла; 13 — трубы для охлаждения масла; 14 — теплообменник; 15 — воздуховоды; 16, 18 — стойки для установки переключателя выводов трансформатора; 17 — заводской щиток; 19 — насос для циркуляции масла; 20 — опорные балки

Число параллельных проводов определяется током, проходящим по обмотке.

Система охлаждения. Способ охлаждения трансформатора зависит от его номинальной мощности. При увеличении мощности трансформатора необходимо увеличивать и интенсивность его охлаждения.

Трансформаторы малой мощности обычно выполняют с естественным воздушным охлаждением и называют «сухими». Отвод тепла в них происходит путем непосредственной теплоотдачи от нагретых поверхностей обмотки и магнитопровода к окружающему воздуху. В некоторых случаях трансформаторы малой мощности помещают в корпус, залитый термореактивными компаундами на основе эпоксидных смол или других подобных материалов.

В трансформаторах средней и большой мощности сердечник с обмотками целиком погружают в бак, наполненный тщательно очищенным минеральным (трансформаторным) маслом (рис. 219, а). Такой способ отвода тепла называют естественным масляным охлаждением. Трансформаторное масло обладает более высокой теплопроводностью, чем воздух, и хорошо отводит тепло от обмоток и сердечника трансформатора к стенкам бака, имеющего большую площадь охлаждения, чем сам трансформатор. Погружение трансформатора в бак с маслом обеспечивает также повышение электрической прочности изоляции его обмоток и предотвращает ее старение под влиянием атмосферных воздействий. Баки трансформаторов мощностью 20—30 кВ*А имеют гладкие стенки. В более мощных трансформаторах (например, в трансформаторах, устанавливаемых на тяговых подстанциях) для повышения теплоотдачи поверхность охлаждения увеличивают, применяя баки с ребристыми стенками или трубчатые. Нагревающееся внутри бака масло поднимается кверху, а охлаждающееся в трубах опускается вниз, создавая, таким образом, естественную циркуляцию, способствующую охлаждению трансформатора.

На э. п. с. переменного тока применяют трансформаторы с масляным охлаждением и принудительной циркуляцией масла через теплообменник, охлаждаемый воздухом (рис. 219,б). Такая система охлаждения позволяет существенно повысить индукцию в сердечнике и плотность тока в обмотках, т. е. уменьшить массу и габаритные размеры трансформатора.

В систему охлаждения обычно вводят струйное реле, которое не допускает включения трансформатора, если через него не циркулирует масло.

Масло в трансформаторе во время работы нагревается и расширяется. При уменьшении нагрузки оно, охлаждаясь, возвращается к первоначальному объему. Поэтому масляные трансформаторы снабжают дополнительным баком — расширителем, соединенным с внутренней полостью бака.При нагревании трансформатора масло переходит в расширитель. Применение расширителя позволяет значительно сократить поверхность соприкосновения масла с воздухом, что уменьшает его загрязнение и увлажнение.

При работе трансформатора масло, нагреваясь, разлагается и загрязняется, поэтому его периодически очищают или заменяют. Масляные трансформаторы во избежание опасности пожара и взрыва устанавливают в специально огражденных помещениях. Наибольшая температура обмоток трансформатора не должна превышать 105 °С, сердечника — 110 °С, верхних слоев масла — 95 °С.

Для защиты от возможной аварии трансформаторы средней и большой мощности снабжают специальными газовыми реле. Газовое реле устанавливают в трубопроводе между основным баком и расширителем. При значительном выделении взрывоопасных газов, образующихся в результате разложения масла, газовое реле автоматически выключает трансформатор, предупреждая развитие аварии. В трансформаторах мощностью более 1000 кВ*А устанавливают также выхлопную трубу, закрытую стеклянной мембраной. При образовании большого количества газов они выдавливают мембрану и выходят в атмосферу — этим предотвращается деформация бака.

Многообмоточные трансформаторы. Наиболее распространены двухобмоточные однофазные трансформаторы (рис. 220, а). При необходимости получения от одного трансформатора нескольких различных напряжений u21, u22, u23 (рис. 220, б) используют многообмоточные трансформаторы, у которых на магнитопроводе расположено несколько вторичных обмоток с различным числом витков. Например, тяговые трансформаторы электровозов имеют обычно четыре обмотки: первичную (высшего напряжения) и три вторичные (низшего напряжения). Одна из них (тяговая) служит для питания через выпрямитель цепи тяговых двигателей, вторая — для питания электрических потребителей собственных нужд (цепей вспомогательных машин, управления, освещения и пр.) и третья — для питания электрических печей отопления пассажирских вагонов. Если на электровозе предусмотрено рекуперативное торможение, то в ряде случаев применяют специальную вторичную обмотку для питания обмоток возбуждения тяговых двигателей в этом режиме. На некоторых электровозах каждый тяговый двигатель питается от собственного выпрямительного блока и в трансформаторе предусматривают соответствующее число вторичных обмоток.

Рис. 220. Схемы двухобмоточного (а) и многообмоточного (б) трансформаторов

electrono.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о